KR100547583B1 - Production of amides and/or acids from nitriles - Google Patents
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Abstract
제1 반응물인 니트릴, 및 (니트릴과 반응하여 니트릴을 수화시켜 상응하는 아미드로 전환시키고/전환시키거나 상응하는 산으로 전환시킬 수 있는) 제2 반응물인 수화 화합물을 처리 지대에 도입하는 단계를 포함하는, 니트릴로부터 아미드 및/또는 산의 생성방법. 니트릴을 수화 화합물의 존재하에 처리 지대에서 촉매 증류시키고, 니트릴의 최소 일부를 상응하는 아미드로 수화시키고/수화시키거나 상응하는 산을 형성함. 아미드 및/또는 산을 처리 지대로부터 회수함.Introducing into the treatment zone a first reactant nitrile and a second reactant hydride compound (which may react with the nitrile to hydrate the nitrile to convert to a corresponding amide and / or to a corresponding acid). A method for producing amides and / or acids from nitriles. Nitrile is catalytically distilled in the treatment zone in the presence of a hydration compound and at least a portion of the nitrile is hydrated with the corresponding amide and / or forms a corresponding acid. Recover the amide and / or acid from the treatment zone.
니트릴로부터 아미드 및/또는 산의 생성Generation of Amides and / or Acids from Nitriles
Description
본 발명은 니트릴로부터 아미드 및/또는 산의 생성에 관한 것이다. 본 발명은 특히 니트릴로부터 아미드 및/또는 산의 생성방법에 관한 것이다.The present invention relates to the production of amides and / or acids from nitriles. The present invention relates in particular to a process for the production of amides and / or acids from nitriles.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명에 따르면, 니트릴로부터 아미드 및/또는 산을 생성하는 방법이 제공되며, 제1 반응물로서 니트릴, 및 제2 반응물로서 (니트릴과 반응하여 상응하는 아미드로 전환되도록 니트릴을 수화시키고/수화시키거나 이를 상응하는 산으로 전환할 수 있는) 수화 화합물을 처리 지대로 도입시키고; 니트릴을 수화 화합물의 존재하에 처리 지대에서 촉매 증류시켜 최소한의 니트릴을 상응하는 아미드로 수화시키고/수화시키거나 상응하는 산을 형성한 다음; 처리 지대로부터 아미드 및/또는 산을 회수하는 단계를 포함한다.According to the present invention there is provided a process for producing an amide and / or acid from a nitrile, wherein the nitrile is hydrated and / or hydrated as a first reactant and as a second reactant (to react with the nitrile to be converted to the corresponding amide) Introducing a hydrated compound, which can convert it into the corresponding acid, into the treatment zone; Nitrile is catalytically distilled in the treatment zone in the presence of a hydration compound to hydrate the minimum nitrile with the corresponding amide and / or to form the corresponding acid; Recovering the amide and / or acid from the treatment zone.
촉매 증류는 단일 처리 지대에서 증류와 동시에, 또는 증류와 조합식으로 화학 반응을 수반한다. 처리 지대는 촉매의 존재하에 니트릴을 아미드 및/또는 산으로 수화시키는 반응이 촉매적으로 일어나는 적어도 하나의 반응 지대, 및 반응 지대로부터 반응 산물(들) 및/또는 반응하지 않은 반응물의 증류가 일어나는 상기 반 응 지대에 이웃한 적어도 하나의 증류 지대를 포함할 것이다.Catalytic distillation involves chemical reactions simultaneously with or in combination with distillation in a single treatment zone. The treatment zone is at least one reaction zone in which the reaction of hydration of nitrile with amides and / or acids in the presence of a catalyst takes place catalytically, and the distillation of the reaction product (s) and / or unreacted reactants from the reaction zone takes place. It will include at least one distillation zone adjacent to the reaction zone.
반응 지대는 니트릴을 이의 상응하는 아미드로의 전환 또는 수화를 촉매할 수 있는 촉매 입자의 패킹층을 포함할 수 있다. 임의의 적당한 수화 촉매, 전형적으로 구리 또는 구리계 수화 촉매, 예를 들어 구리-크롬 또는 구리 옥사이드 수화 촉매가 이용될 수 있다.The reaction zone may comprise a packed bed of catalyst particles capable of catalyzing the conversion or hydration of nitriles to their corresponding amides. Any suitable hydration catalyst, typically copper or copper-based hydration catalyst, such as copper-chromium or copper oxide hydration catalyst may be used.
제1 반응물은 불포화 또는 방향족 니트릴, 예를 들면 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 크로토노니트릴, 알릴 시아나이드, 또는 벤조니트릴을 포함할 수 있고, 이들은 상당한 정도의 중합없이 상응하는 불포화 또는 방향족 아미드 및/또는 산으로 수화될 것이다. 그러나, 실제로 제1 반응물은 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 또는 이소부티로니트릴과 같은 포화 니트릴을 포함할 수 있다.The first reactant may comprise unsaturated or aromatic nitriles such as acrylonitrile, methacrylonitrile, crotononitrile, allyl cyanide, or benzonitrile, which are corresponding unsaturated or aromatic amides without significant polymerization. And / or hydrated with acid. In practice, however, the first reactant may comprise saturated nitriles such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, or isobutyronitrile.
처리 지대는 전형적으로 컬럼 또는 타워에 제공될 것이고, 촉매층은 타워 구역에 제공된다. 증류 지대는 촉매층의 위 및/또는 아래에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 증류 지대는 촉매층의 위와 아래에 제공된다. 적당한 패킹 증류 매질, 예를 들어 Raschig 링, 또는 증류 장치 또는 장비가 촉매층의 아래 및/또는 위의 컬럼, 즉 증류 지대(들)에 제공된다.Treatment zones will typically be provided in columns or towers, and catalyst beds are provided in tower zones. Distillation zones may be provided above and / or below the catalyst bed. Preferably, the distillation zone is provided above and below the catalyst bed. Suitable packing distillation media, such as Raschig rings, or distillation apparatus or equipment, are provided in the column, ie distillation zone (s), below and / or above the catalyst bed.
공정은 처리 지대의 하부 말단에 작동가능하게 연결된 리보일링 지대에서 액체 성분을 비등시켜, 촉매 증류에 추진력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 액체 성분의 일부는 원한다면 처리 지대, 예를 들면 촉매층의 상부 또는 하부에 도입될 수 있다.The process may include boiling liquid components in the reboiling zone operably connected to the lower end of the treatment zone to provide driving force for catalytic distillation. Some of the liquid component can be introduced into the treatment zone, for example, above or below the catalyst bed, if desired.
액체 성분은 수화 반응에 관여하지 않도록, 즉 오직 촉매 증류를 위한 추진 력을 제공하여 처리 지대에서 반응물과 생성물의 증류를 도울 수 있다. 이러한 경우에, 제2 반응물은 니트릴이 촉매층 아래의 처리 지대로 공급될 때 처리 지대, 예를 들어 촉매층 위쪽 처리 지대 중으로 제1 반응물 또는 니트릴이 도입되는 지점으로부터 떨어진 위치의 처리 지대로 공급될 수 있다. 제2 반응물은 처리 지대에 보편적인 조건 및 촉매의 존재하에 니트릴을 수화시킬 수 있어야 한다. 특히, 제2 반응물은 물일 수 있다.The liquid component can be assisted in the distillation of reactants and products in the treatment zone so as not to be involved in the hydration reaction, ie only provide a driving force for catalytic distillation. In this case, the second reactant may be fed to the treatment zone when the nitrile is fed to the treatment zone below the catalyst bed, for example, to the treatment zone at a location away from the point where the first reactant or nitrile is introduced into the treatment zone above the catalyst bed. . The second reactant should be able to hydrate the nitrile in the presence of a catalyst and conditions common to the treatment zone. In particular, the second reactant may be water.
액체 성분은 알콜, 방향족 또는 파라핀과 같은 유기 화합물일 수 있다.The liquid component may be an organic compound such as an alcohol, an aromatic or paraffin.
그러나, 액체 성분은 수화 반응에 참여하는 것일 수 있다. 특히 이는 제2 반응물과 동일할 수 있다. 즉, 몇몇 제2 반응물은 앞서 기재된 처리 지대로 도입되면서 리보일링에 이용된다.However, the liquid component may be to participate in the hydration reaction. In particular it may be the same as the second reactant. That is, some of the second reactants are used for reboiling while being introduced into the treatment zone described above.
보다 높은 비등점의 제1 및 제2 반응물은 촉매층 위쪽 처리 지대로 도입될 수 있지만, 보다 낮게 비등하는 것들은 촉매층의 하부 또는 상부에 도입된다. 제1 반응물 또는 니트릴이 보다 높은 비등 성분인 경우에, 이의 일부는 촉매층 위쪽에 도입될 것이지만, 나머지 것들은 비등 지대에서 비등하여 촉매 증류를 위한 추진력을 제공한다. The higher boiling points of the first and second reactants can be introduced into the treatment zone above the catalyst bed, while the lower boiling ones are introduced below or above the catalyst bed. If the first reactant or nitrile is a higher boiling component, some of it will be introduced above the catalyst bed, while others boil in the boiling zone to provide the driving force for catalytic distillation.
아미드의 회수는 제1 및 제2 반응물의 상대적 비등점에 따라 예를 들면 리보일링 지대의 처리 지대의 상부에서 오버헤드 또는 증류 성분 형태이거나 처리지대의 바닥에서 높은 비등 성분 형태로 수행될 수 있다.The recovery of the amide can be carried out in the form of an overhead or distillate component at the top of the treatment zone of the reboiling zone or in the form of a high boiling component at the bottom of the treatment zone, depending on the relative boiling point of the first and second reactants.
컬럼은 원하는 길이와 폭일 수 있고, 전형적으로는 10m 내지 60 m 길이이다. 전형적으로, 이의 직경은 시험 플랜트 규모로는 25 mm 내지 110 mm 이고 공업적 규 모 작동을 위해서는 110 m 이상이다. 촉매층은 또한 임의의 원하는 길이, 예를 들면 0.5-10m일 수 있다. 컬럼의 압력은 광범위하게 달라질 수 있으며, 예를 들면 10 kPa(g) 내지 10000 kPa(g)이고, 질소 또는 아르곤과 같은 비활성 가스에 의해 조절될 수 있다. 컬럼내부의 압력 및 반응 온도는 생성된 산물을 결정할 것이다. 이에 따라, 컬럼에 공급된 니트릴에 상응하는 아미드가 정해진 컬럼 압력 및 특정 반응 온도에서 생산되면, 오히려 부수적으로 반응이 수행되는 컬럼 압력과 반응 온도를 증가시키면 상응하는 산이 생성되어, 과잉 또는 과도한 가수분해가 일어나, 상응하는 산을 형성한다. The column can be the desired length and width and is typically 10m to 60m long. Typically, their diameters range from 25 mm to 110 mm on a test plant scale and at least 110 m for industrial scale operation. The catalyst layer can also be any desired length, for example 0.5-10 m. The pressure in the column can vary widely, for example 10 kPa (g) to 10000 kPa (g) and can be controlled by an inert gas such as nitrogen or argon. The pressure and reaction temperature inside the column will determine the product produced. Thus, if an amide corresponding to the nitrile supplied to the column is produced at a given column pressure and at a particular reaction temperature, rather increasing the column pressure and reaction temperature at which the reaction is carried out, a corresponding acid is produced, resulting in excess or excessive hydrolysis. Arises, forming the corresponding acid.
도면은 본 발명에 따른 공정의 단순한 흐름도를 보여주는 다이어그램이다.The figure is a diagram showing a simple flow diagram of a process according to the invention.
상세한 설명details
본 발명은 니트릴로부터 아미드 및/또는 산을 생성하는 본 발명에 따른 공정의 단순한 흐름도를 도시하고 있는 도면과, 차후 비제한적인 실시예를 참고로 좀더 상세히 기재될 것이다.The invention will be described in more detail with reference to a drawing showing a simple flow diagram of a process according to the invention for producing amides and / or acids from nitriles, and with reference to non-limiting examples.
도면에서, 참고 번호(10)는 일반적으로 니트릴로부터 아미드를 생산하는 본 발명에 따른 공정을 나타낸다.In the figure,
공정(10)은 촉매 증류 컬럼(12)을 포함한다. 컬럼(12)의 크기는 다양할 수 있지만, 전형적으로 내부 직경 25 mm에 길이 약 10 m이다.
반응 지대(14)는 증류 지대(16)가 지대(14) 위쪽에 제공되도록 컬럼(12)의 내부에 제공되지만, 또다른 증류 지대(18)는 반응 지대(14)의 하부에 제공된다. 반 응 지대(14)는 지지된 구리-크롬 촉매, 지지된 구리 옥사이드 촉매 또는 또다른 유사한 수화 촉매와 같은 구리계 입상물 수화 촉매의 지지층을 포함한다. 증류 지대(16, 18)는 Raschig 링(도시 되지 않음)으로 패킹된다.The
물 공급라인(20)은 층(14) 위쪽 컬럼(12)에 연결되지만, 니트릴 공급라인(22)은 층(14)의 바로 하부의 컬럼(12)에 연결된다. 그러나, 니트릴 공급라인(22)은 층(14) 위쪽 컬럼(12)에 연결될 수도 있다.The
리보일러(24)는 컬럼(12)의 하부에 위치된다. 회수 라인(26)은 컬럼(12)의 바닥에서 리보일러(24)에 연결되지만, 복귀 라인(28)은 리보일러(24)에서 컬럼(12)에 역으로 연결된다. 리보일러(24)에는 히터(30)가 장착되지만, 산물 회수 라인(34)은 리보일러로부터 나온다.Reboiler 24 is located at the bottom of
사용시, 충분한 물이 리보일러(24)에 도입되어 이의 용량의 30-80%를 채우고, 가열된다. 컬럼(12)의 압력은 질소 및 아르곤과 같은 비활성 가스에 의해 원하는 0.1 내지 100바로 조절된다. 리보일러(24)내의 물은 충분한 환류에 이를때까지 컬럼(12) 안으로 비등한다. 이 단계에서, 니트릴, 예를 들면 물보다 낮은 비등점을 가진 아크릴로니트릴의 공급스트림이 전형적으로 0.001 내지 50 kg/시간의 속도로 공급라인(22)을 따라 컬럼(22)에 도입된 다음, 적당한 공급 속도, 예를 들면 0.001 내지 100 kg/시간의 속도로 공급라인(20)을 따라 물이 도입된다. 전형적으로, 공급원료로 이용된 니트릴은 컬럼에 도입되기 이전에 히드로퀴논 또는 메틸화된 히드로퀴논과 같은 라디칼 억제제와의 중합으로부터 안정화된다. 컬럼(12)은 환류 조건하에 유지되고, 니트릴의 아미드 산물은 과도한 물과 함께 0.002 kg 내지 150 kg/시 간의 속도로 유동라인(34)를 따라 바닥 스트림 형태로 회수된다. In use, sufficient water is introduced into the
공정(10)에 따라, 실험실에서 하기의 비제한적인 실시예를 수행했다.According to process (10), the following non-limiting examples were carried out in the laboratory.
실시예 1Example 1
스테인레스강 와이어 속스(22개)에 지지된 환원된 형태의 구리-크로마이트 촉매 펠릿(650g)을 높이 10 m x 직경 25 mm의 크기를 가진 촉매 증류 컬럼(12)의 5 m 구역에 패킹했다. 컬럼의 상부 1 미터(지대 (16))와 바닥 4 미터(지대 (18))를 Raschig 링으로 채웠다. 미네랄이 제거된 물을 리보일러(24)에 용량의 30%가 되게끔 도입했다. 질소 대기하에, 물을 환류에 이를 때까지(96℃) 대기압(85 kPa)하에 컬럼 안으로 비등시켰다. 35 ppm의 메틸화된 히드로퀴논(MeHQ)를 함유한 아크릴로니트릴을 촉매층 바로 아래의 공급 지점(유동라인(22))에 30 g/시간의 속도로 도입하고 물을 촉매 지대 위쪽에 84 g/시간의 속도로 (유동라인 (20)) 공급했다. 아크릴로니트릴의 도입 후, 촉매층 내부의 온도를 아크릴로니트릴-물 공비혼합물의 비등점(64℃)으로 떨어뜨렸다. 35 중량%의 아크릴아미드를 함유한 산물 용액(100% 전환율 및 100% 선택성)을 유동 라인(34)을 따라 114 g/시간의 속도로 리보일러로부터 회수했다.The reduced form of copper-chromite catalyst pellets (650 g) supported in stainless steel wire sox (22) was packed in a 5 m section of a
실시예 2Example 2
스테인레스강 와이어 속스(10개)에 지지되고 데미스터 와이어로 감싸진 환원된 형태의 구리 옥사이드 또는 구리-크로마이트 촉매의 압출물 또는 펠릿(350 g)을 높이 2.1 m x 직경 35 mm의 크기를 가진 유리 촉매 증류 컬럼의 상부 구역에 패킹 시켰다. 컬럼의 바닥 600 mm를 Raschig 링으로 채우거나 증류 패킹시켰다. 공기와 미네랄이 제거된 물을 리보일러에 용량의 30%에 이르게끔 도입시켰다. 질소 대기하에, 물을 환류에 이를때까지(96℃) 대기압(85 kPa)하에 컬럼 안으로 비등시켰다. 공기 제거된 니트릴을 촉매층 바로 아래의 공급 지점에 10-25 g/시간의 속도로 도입했고, 물을 촉매 지대 위쪽 컬럼에 원하는 산물 농도를 만드는데 필요한 속도로 공급했다. 니트릴의 도입 후, 촉매층 내부의 온도를 니트릴-물 공비혼합물의 비등점까지 내렸다. 50 중량%에 이르는 아미드를 함유하는 산물 용액(25-130 g/h)(>90% 전환율 및 선택성)을 리보일러로부터 회수했다.An extrudate or pellet (350 g) of a reduced form of copper oxide or copper-chromite catalyst supported on stainless steel wire sox (10 pieces) and wrapped with demister wire (2.1 g in diameter and 35 mm in diameter) The upper section of the catalytic distillation column was packed. The bottom 600 mm of the column was filled with Raschig rings or distill packed. Air and mineral-free water were introduced into the reboiler to reach 30% of its capacity. Under a nitrogen atmosphere, water was boiled into the column under atmospheric pressure (85 kPa) until reflux (96 ° C.). The denitriated nitrile was introduced at a feed point just below the catalyst bed at a rate of 10-25 g / hour and water was fed to the column above the catalyst zone at the rate necessary to produce the desired product concentration. After introduction of the nitrile, the temperature inside the catalyst layer was lowered to the boiling point of the nitrile-water azeotrope. Product solutions (25-130 g / h) (> 90% conversion and selectivity) containing up to 50% by weight of amide were recovered from the reboiler.
실시예 3Example 3
스테인레스강 와이어 속스(22개)에 지지되고 데미스터 와이어로 감싸진 환원 형태의 구리 옥사이드 촉매의 압출물(90 g)을 높이 10 m x 직경 25 mm의 크기를 가진 촉매 증류 컬럼의 8.5 m 구역에 패킹시켰다. 컬럼의 바닥 1.5 m에 10 mm Berl 새들을 채웠다. 공기와 미네랄이 제거된 물을 리보일러에 용량의 30%에 이르도록 도입시켰다. 대기압보다 큰 200 kPa의 질소 대기하에, 물을 환류에 이를때까지(135℃) 컬럼 안으로 비등시켰다. 공기 제거된 아크릴로니트릴(35 ppm MeHQ 함유)을 촉매층 바로 아래의 공급 지점에 48-152 g/시간의 속도로 도입하고, 물을 촉매 지대 위쪽 컬럼에 요구된 산물 농도가 얻어지도록 하는 속도로 공급했다. 아크릴로니트릴의 도입 후, 촉매층 내부의 온도를 아크릴로니트릴-물 공비혼합물의 비등점(약 104℃)으로 감소시켰다. 50 중량%에 이르는 아크릴아미드를 함유하는 산물 용액(>98% 전환율 및 선택성)을 리보일러로부터 200-500 g/시간의 속도로 회수했 다. An extrudate (90 g) of a reduced form copper oxide catalyst supported on stainless steel wire sox (22 pieces) and wrapped with demister wire is packed in a 8.5 m section of a catalytic distillation column measuring 10 mx diameter 25 mm in height. I was. 10 mm Berl saddle was filled to the bottom 1.5 m of the column. Air and mineral-free water were introduced to the reboiler to 30% of its capacity. Under a nitrogen atmosphere of 200 kPa greater than atmospheric pressure, water was boiled into the column until reflux (135 ° C.). Deaired acrylonitrile (containing 35 ppm MeHQ) was introduced at the feed point just below the catalyst bed at a rate of 48-152 g / hour and water was fed at a rate such that the required product concentration was obtained in the column above the catalyst zone. did. After the introduction of acrylonitrile, the temperature inside the catalyst layer was reduced to the boiling point (about 104 ° C.) of the acrylonitrile-water azeotrope. Product solutions (> 98% conversion and selectivity) containing up to 50% by weight of acrylamide were recovered from the reboiler at a rate of 200-500 g / hour.
실시예 4Example 4
본 실시예에서, 컬럼 장치 및 촉매 패킹은 실시예 3의 경우와 동일하지만, 컬럼 내부의 질소 압력을 대기압 보다 큰 400 kPa로 높여, 리보일러 온도가 158℃에 이르게끔 했다. 아크릴로니트릴(180 g/h)을 촉매 지대 위쪽에 도입하는 경우, 촉매 지대의 온도를 135-145℃로 감소시켜 아크릴산(약 75 g/h)과 아크릴아미드(약 175 g/h)의 수용액을 생성했다.In this example, the column apparatus and catalyst packing were the same as in Example 3, but the nitrogen pressure inside the column was raised to 400 kPa, which is larger than atmospheric pressure, to bring the reboiler temperature to 158 ° C. When acrylonitrile (180 g / h) is introduced above the catalyst zone, the temperature of the catalyst zone is reduced to 135-145 ° C. to give an aqueous solution of acrylic acid (about 75 g / h) and acrylamide (about 175 g / h). Generated.
실시예 5Example 5
스테인레스강 와이어 속스에 지지되고 데미스터 와이어로 감싸진 환원된 형태의 구리 옥사이드 촉매(13.5 kg)의 압출물을 높이 10 m x 직경 110 mm의 크기를 가진 촉매 증류 컬럼의 7 m 구역에 패킹시켰다. 컬럼의 바닥 2 m에 10 mm Berl 새들로 채웠다. 공기와 미네랄이 제거된 물을 리보일러에 50% 용량이 되게끔 도입햇다. 대기압 보다 높은 100 kPa의 질소 압력하에, 환류에 이를때까지(121℃) 물을 컬럼 안으로 비등시켰다. 35 ppm MeHQ를 함유한 공기제거된 아크릴로니트릴을 촉매층 위의 공급 지점에 0.5-2.5 g/시간의 속도로 도입하고, 물을 촉매 지대 위쪽 컬럼에 원하는 산물 농도를 얻는 속도로 공급했다. 아크릴로니트릴 도입 후, 촉매층 내부의 온도를 아크릴로니트릴-물 공비혼합물의 비등점(약 89℃)까지 감소시켰다. 산물 용액의 pH를 리보일러에 0.0125M 황산 용액을 첨가하여 5.0 내지 6.0으로 조절했다. 50 중량%에 이르는 아크릴아미드를 함유하는 산물 용액(>98% 전환율 및 선택성)을 리보일러로부터 5-30 kg/시간의 속도로 회수했다. An extrudate of the reduced form copper oxide catalyst (13.5 kg) supported on a stainless steel wire sox and wrapped with demister wire was packed in a 7 m section of a catalytic distillation column 10 m high by 110 mm in diameter. The bottom of the column was filled with 10 mm Berl saddle at 2 m. Air and mineral-free water were introduced into the reboiler to 50% capacity. Under nitrogen pressure of 100 kPa above atmospheric pressure, water was boiled into the column until reflux (121 ° C.) was reached. Deaired acrylonitrile containing 35 ppm MeHQ was introduced at a feed rate above the catalyst bed at a rate of 0.5-2.5 g / hour and water was fed to the column above the catalyst zone at a rate to achieve the desired product concentration. After acrylonitrile introduction, the temperature inside the catalyst layer was reduced to the boiling point (about 89 ° C.) of the acrylonitrile-water azeotrope. The pH of the product solution was adjusted to 5.0-6.0 by adding 0.0125M sulfuric acid solution to the reboiler. Product solutions containing up to 50% by weight of acrylamide (> 98% conversion and selectivity) were recovered from the reboiler at a rate of 5-30 kg / hour.
뱃치, 고정 또는 슬러리 층 반응기에서 니트릴의 수화에 의해 니트릴로부터 아미드를 생성함이 알려져 있다.It is known to produce amides from nitriles by hydration of nitriles in a batch, fixed or slurry bed reactor.
즉, 세 종류의 반응이 알려져 있다:That is, three kinds of reactions are known:
a) 균질한, 주로 황산, 촉매 반응;a) homogeneous, mainly sulfuric acid, catalysis;
b) 촉매로서 구리 또는 구리계 금속 옥사이드 혼합물, 예를 들어 구리 옥사이드 또는 크롬 옥사이드와의 불균질 촉매 반응;b) heterogeneous catalysis with copper or copper-based metal oxide mixtures as catalysts, for example copper oxide or chromium oxide;
c) 효소와 같은 생촉매를 사용하여 니트릴의 수화를 촉진하는 반응.c) A reaction that promotes hydration of the nitrile using a biocatalyst such as an enzyme.
이들 반응은 아미드의 생성, 예를 들면 아크릴로니트릴과 같은 니트릴로부터 아크릴아미드 단량체의 생성을 위해 사용된다. 이들 단량체는 또다시 채광 응집제, 제지 보조제, 농축제, 표면 코팅제 및 증진된 오일 회수 제품으로 이용되는 수용성 중합체와 공중합체의 생성에 이용된다.These reactions are used for the production of amides, for example the production of acrylamide monomers from nitriles such as acrylonitrile. These monomers are again used in the production of water-soluble polymers and copolymers used as mining flocculants, paper making aids, thickening agents, surface coatings and enhanced oil recovery products.
본 출원인은 주로 황산 촉매된 뱃치 공정에서, 반응 온도와 반응물 비가 주의깊게 조절되지 않는다면 니트릴의 매우 발열성 수화 반응이 중합체 형성시 수반됨을 안다. 반응을 종결하기 위해, 산을 중화시키면, 주로 아크릴아미드로 오염된 설페이트를 포함하는 방출물을 생성한다. 이는 잔류수로부터 결정화되어야 하고 분말 형태로 취급되는 고도로 독성인 아크릴아미드를 필요로 한다.Applicants know that in a sulfuric acid catalyzed batch process, very exothermic hydration of nitrile is involved in polymer formation unless the reaction temperature and reactant ratio are carefully controlled. To terminate the reaction, neutralizing the acid produces an effluent comprising sulfates primarily contaminated with acrylamide. This requires highly toxic acrylamide that must be crystallized from residual water and handled in powder form.
본 출원인은 또한 불균질 촉매 반응을 수반하는 공정이 슬러리-층 기술을 이용하는 경우에 중합 및 분리 문제가 일어나기 쉽지만, 단일 고정층 반응기, 즉, 불연속 반응기가 사용되는 경우에 물에서 낮은 농도, 7%의 아크릴아미드만이 생성됨을 안다. 상 분리는 반응기에 물과 함께 공급될 수 있는 아크릴로니트릴의 양을 제 한한다.Applicants also find that polymerization and separation problems are prone to occur when processes involving heterogeneous catalysis use slurry-bed technology, but low concentrations in water, 7%, when a single fixed bed reactor, i. Only acrylamide is produced. Phase separation limits the amount of acrylonitrile that can be fed with water to the reactor.
이러한 경우에, 촉매, 반응하지 않은 아크릴로니트릴 및 물은 약 50%의 원하는 농도에 이르도록 여과 및/또는 증류에 의해 제거되어야 한다. 에너지 이용과 관련된 비경제적인 면을 고려하지 않더라도(열은 반응 단계에서 제거되고 증류 단계에서 첨가된다), 이들 공정은 다수의 반응기와 증류 타워가 산물의 정제 및 농축을 필요로 하기 때문에 매우 자본 집약적이다. 촉매가 몇몇 경우에 산화에 이어 수소에 의해 환원되어 재생될 수 있지만 촉매 수명도 제한된다.In this case, the catalyst, unreacted acrylonitrile and water must be removed by filtration and / or distillation to reach the desired concentration of about 50%. Even without considering the uneconomical aspects associated with energy use (heat is removed in the reaction stage and added in the distillation stage), these processes are very capital intensive as many reactors and distillation towers require purification and concentration of the product. . The catalyst can in some cases be reduced and regenerated by hydrogen following oxidation, but catalyst life is also limited.
본 출원인은 놀랍게도 촉매 증류 기술을 아미드의 수화에 적용함으로써, 공지된 공정의 다수 단점을 없앨 수 있음을 밝혀내었다. 본 발명의 공정은 연속 공정으로서, 방출물 생성이 거의 없거나 전혀없이 자본을 상당히 줄일 수 있다(전형적으로 일 반응 용기에 비해 공지된 공정의 경우 5개의 반응 용기). 추가 이점은 반응열이 부분적으로 반응물을 가열하는데 사용된다는 점인데, 이는 보다 낮은 에너지를 필요로 함을 보여준다. 촉매 증류가 본질적으로 증류 공정이기 때문에, 반응 온도 제어 및 이로인한 원하지 않는 중합의 예방 또는 억제에 어려움이 없다. 부가적인 분리 공정없이 요구되는 산물의 농도(50%)에 이를 수 있고, 촉매 수명이 향상된다. 산물이 열원으로부터 일정하게 멀어지기 때문에 원하지 않는 중합은 거의 또는 전혀 일어나지 않는다. 이에 따라, 원하는 농도(1%-60%)의 산물 수용액은 별도의 정제 또는 농축없이 반응기로부터 직접 얻어질 수 있지만, 에너지 요구량은 최소화된다. 올레핀 니트릴의 경우에, 올리고머화/중합은 산물이 열원으로부터 일정하게 멀어지기 때문에 pH를 3 내지 8로 조절한다면 문제가 되지 않는다. Applicants have surprisingly found that by applying catalytic distillation techniques to the hydration of amides, many disadvantages of known processes can be eliminated. The process of the present invention is a continuous process, which can significantly reduce the capital with little or no emissions produced (typically five reaction vessels for known processes compared to one reaction vessel). A further advantage is that the heat of reaction is partly used to heat the reactants, which shows lower energy requirements. Since catalytic distillation is essentially a distillation process, there is no difficulty in controlling the reaction temperature and thereby preventing or inhibiting unwanted polymerization. The required product concentration (50%) can be reached without additional separation process and catalyst life is improved. Since the product is constantly away from the heat source, little or no unwanted polymerization occurs. Thus, product aqueous solutions of the desired concentration (1% -60%) can be obtained directly from the reactor without further purification or concentration, but energy requirements are minimized. In the case of olefin nitriles, oligomerization / polymerization is not a problem if the pH is adjusted to 3 to 8 because the product is constantly away from the heat source.
올레핀 아미드, 예를 들어 본 발명의 공정에 의해 제조될 수 있는 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 크로톤아미드, 및 3-부텐아미드는 중합 반응에서 단량체로 이용될 수 있다. 예를 들어, 비이온 및 음이온 폴리아크릴아미드는 본 발명의 공정에 의해 제조된 아크릴아미드로부터 제조되어왔다. 본 발명의 공정에 의해 양이온 폴리아크릴아미드의 생성에 적당한 아크릴아미드를 생성할 수 있을 것으로 믿는다.Olefin amides such as acrylamide, methacrylamide, crotonamide, and 3-buteneamide, which may be prepared by the process of the present invention, may be used as monomers in the polymerization reaction. For example, nonionic and anionic polyacrylamides have been prepared from acrylamides produced by the process of the present invention. It is believed that the process of the present invention may produce acrylamide suitable for the production of cationic polyacrylamides.
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